在寒冷的冬天,当坐在车里吹着暖风的时候,大家有没有想过,暖风的热源是来自哪里呢?
答案就是:大多数车的暖风热源都是来自发动机冷却液,当然也有个别车使用电阻丝加热,以及少量客车和卡车使用单独的烧柴油暖风。我们都知道,当发动机开始运转时,需要燃烧汽油,但是,不是所有的燃烧能都转化为机械能,有很大一部分是被冷却液和排气系统带走了,汽车的暖风系统的热源来自这些余热。
但是,新能源汽车没有了发动机,那么电动汽车的暖风热源来自哪里呢?今天机械财经就给大家介绍一下电动汽车的暖风系统。
燃油车暖风系统
首先我们先回顾一下燃油车的暖风系统热源。
汽车的发动机热效率是比较低的,燃烧产生的能量只有大约30%-40%转化为汽车的机械能,其它的被冷却液,尾气带走。被冷却液带走的热能大约占燃烧热的25-30%。
传统燃油车的暖风系统就是将发动机的冷却系统中的冷却液引到驾驶室的风/水换热器里,当风流经散热器时,高温的水很容易将热量传递给空气,这样吹进驾驶室内的风就是暖风了。
发动机冷却系统原理
如上图所示,为发动机冷却系统原理图,其中我们看到右边的两个分出来的管子,这两根水管就是暖风系统取取水管和回水管。
当取来的比较热的发动机冷却液进入驾驶舱的暖风芯体,驾驶舱内空气在鼓风机的作用下开始一遍遍的循环,并通过暖风芯体将空气加热,这样我们的驾驶舱内就很容易暖和起来了。
冷却液将热量传递给流经暖风芯体的空气后,冷却液温度下降有流回发动机冷却系统,如此往复将发动机的预热变成了驾驶舱内的暖风。传统的燃油车基本都是这个原理,成本低,效果好,还非常节能。
燃油车暖风系统原理图
还有些车增加电热丝作为辅助暖风系统,或者独立的烧油暖风系统,利用尾气的热量的暖风系统等等,因为比较小众化,甚至还处于概念设计阶段,在这里就不一一介绍了。
介绍完传统燃油车的暖风系统,我们再介绍下电动车的暖风系统。
新能源暖风系统
一想到电动车,可能大家很容易想到直接用电阻丝加热空气的暖风系统不就可以了,理论上完全可以,但是几乎没有电动车用电阻丝暖风系统,原因就是电阻丝太费电了。
目前,新能源暖风系统的类别主要是两大类,一个是PTC加热,一个是热泵技术,而PTC加热又分为空气PTC和防冻液PTC
PTC加热器
PTC热敏电阻型加热系统的发热原理比较简单,也比较容易理解,与电阻丝暖风系统类似,都是靠电流通过电阻生热,唯一的区别是电阻的材质。电阻丝是用普通的高阻值的金属丝,而纯电动汽车上用的PTC是一种半导体热敏电阻,PTC是Positive Temperature Coefficient的简称,它的特性是随着温度的升高PTC材料的阻值也会升高,这个特性决定了恒电压情况下,PTC加热器在温度低的时候加热快,而温度上后阻值变大,电流变小,PTC消耗的能量变少,这样就能保持温度相对恒定,相对纯电阻丝加热还会省电。
正是PTC这些优点,目前已被纯电动汽车(尤其是中低端车型)广泛采用。
而PTC加热又分为水暖和风暖。
PTC水暖往往和电机冷却水路并在一起,电动车在行驶过程中随着电机的运转,电机也会发热,这样在行驶的过程中暖风系统可以利用电机的一部分预热,还能省点电。下图是个水暖PTC。
水暖PTC
水暖PTC加热冷却液后,冷却液会流经驾驶室内的暖风热芯,然后就和燃油车的暖风系统差不多了,在鼓风机的作用下将驾驶室内的空气循环起来加热。
风暖PTC就是直接将PTC安装在驾驶室的暖风芯体处,通过鼓风机将车内空气循环起来并通过PTC加热器,直接加热驾驶室内的空气,结构相对简单,不过比起水暖PTC来要费电。
风暖PTC 加热器
鼓风机
PTC加热大多在中低端电动车上被使用,比如帝豪EV,当然中高端的电动车也会使用,比如定位中高端的蔚来ES8依然采用了PTC暖风系统,而且装了两个。再比如Molde3的热管理系统中使用了多组PTC加热器,后期机械财经在介绍电动车热管理系统时会详细介绍特斯拉的热管理系统原理。
虽然PTC相对电阻丝省电很多,但是PTC仍然是电动车上的电耗子。以ES8为例,控制前排的暖风PTC额定功率为5.5千瓦,控制后排的PTC额定功率为3.7千瓦。若两个PTC都以额定功率为车内加热,一个小时就要消耗9.2度电。那么对于动力电池容量为70度的ES8来说,一个小时就相当于消耗了10%几的电能,按照ES8综合工况续航355公里来计算的话,一小时就少了35公里。
所以说PTC是个电耗子,为了能让车主更安心地多在车里吹暖风,很多高端车不得已而采用热泵空调系统技术。
热泵暖风系统
热泵的功能是将低温热源的热能转移到高温热源的,工作原理与空调制冷系统类似,只是热量转移的方向正好相反。空调制冷时,是将室内的热量转移到室外,而热泵制热系统则是将车外的热量转移到车内,就像是把空调外机装在了驾驶室里,把空调装在了驾驶室外。热泵制热系统一般都与空调制冷系统融合在一起,通过阀门控制热量的转移路径。另外,制热时,能有效利用动力电池冷却系统的预热。在这方面类似于传统汽车的暖风系统。
热泵空调在电动汽车领域深度替代趋势已经显现。关于热泵的更深入的探讨,机械财经将会在讲解电动汽车热管理系统时详细介绍。
国外搭载热泵技术已经过5年验证,日产Leaf、丰田普锐斯、宝马i3、高尔夫均已量产装车;国产电动汽车完成热泵装载从0到1突破,荣威Ei5、荣威MARVEL X、长安CS75 PHEV等
与PTC加热器相比,热泵系统的热效率更高,能耗更低,对续航里程的影响相对小一些。但劣势也很明显:结构复杂、成本高、制热速度慢,尤其是在低温条件下,加热效果差。
基于以上,在一些中高端纯电动车,为了保证车厢内的温度,往往采用热泵+PTC的混合模式。在刚起步阶段,由于动力电池冷却系统温度较低时,先开启PTC加热器,待冷却液温度上升以后,再启动热泵制热系统。所以更智能的热泵和PTC耦合技术就孕育而生。
混合热泵及PTC
仍以特斯拉为例子,特斯拉在Model Y的设计中,虽然取消了高压的PTC(水热的在Model3上取消),在Model Y上配置了一个低压的PTC集成在空调系统鼓风机里面。而车辆热泵系统包括压缩机,机舱冷凝器,机舱蒸发器,机舱鼓风机和冷却器,并且把电池系统、功率电子PCS+驱动系统和整车的系统回路整合在一起。
这个系统可以充分利用了电机、电控系统工作产生的热量,与电池、空调形成热管理系统——这套系统有多达15种工作模式(12种制热、3种制冷),特斯拉甚至在管理模块(也就是所谓OCTO阀)上印了一个八爪鱼,表示它也算三头六臂了,这样的设计也让很多电子和汽车工程师表示叹服。
几家新能源暖风系统供货商
好了,讲了很多关于新能源暖风系统的例子,但是仍无法覆盖所有新能源车的暖风系统,比如还有车辆PTC系统使用独立的水循环,不会和电机,电池系统共用一个水泵。
如果大家对PTC还有什么疑问可以找寻相关的供应商聊一聊,目前PTC及热管理相关零件的头部供货商有电装、法雷奥、翰昂、马勒、伟巴斯特、埃贝赫等国际热管理巨头公司。
文末,能看出下面两个方块是什么么?
「科普」新能源汽车空调压缩机大揭秘,不看后悔投稿点这里
自从新能源汽车的崛起,汽车空调压缩机也跟着发生了巨大的变化:取消了前端的驱动轮,增加了驱动电机和单独的控制模块。
其中驱动电机采用具有体积小、质量轻、效率高等优点的三相永磁同步电机。
但因电动汽车中使用的是直流电池,想要驱动电机正常稳定的工作,必须借助控制模块(变频器)将直流电转化为交流电。即通过控制模块中电压控制器件,按照一定的规律轮流加上占空比脉冲调制控制电压。
当直流高压电流经过变频器后,在输出端形成三相正弦交流电流,保证三相永磁同步电机平稳运转的同时,产生足够的转矩以驱动压缩机运转。
(是不是有种最熟悉的陌生人的感觉?其实在多次相见后,你一眼就能把它认出来)
单从外观来看,是很难将它和压缩机联系在一起。可在它的内心深处,还是我们熟悉的那位朋友------涡旋式压缩机。
因其具有振动小、噪声低、使用寿命长、重量轻、转速高、效率高、外形尺寸小等诸多优点,而被广泛应用于新能源电动汽车中。
涡旋式压缩机的核心部件包括两个相互啮合的涡盘:
一个定涡旋盘(固定在机架上);
一个动涡旋盘(由电动机直接驱动,围绕定涡旋盘做很小回转半径的公转运动)。因其线型相同故采用相互错开180°的方式组合在一起,即相位角相差180°。
当驱动电机旋转带动动涡旋盘公转时,制冷气体通过滤芯吸入到定涡盘的外围部分,随着驱动轴的旋转,动涡旋盘在定涡旋盘内按轨迹运转。
使动、定涡旋盘之间形成由外向内体积逐渐缩小的六个腔,制冷气体在动、定涡旋盘所组成的六个月牙形压缩腔内被逐步压缩,最后从定涡旋盘中心孔通过阀片将被压缩后的制冷气体连续排出。
因工作腔均由外向内逐渐变小且处于不同的压缩状况,从而保证涡旋式压缩机能连续不断地吸气、压缩和排气。且动涡旋盘可作高达9000~13000r/min的公转,所输出的大排量足以保证车辆空调制冷的要求。
另外涡旋压缩机不需要进气阀,只有排气阀,这样可简化压缩机的结构,消除打开气阀的压力损失同时,也提高了压缩效率。
虽说涡旋式压缩机都是老朋友了,可它和驱动电机的组合还是头一回。这样的组合又会给我们的维修带来怎样的故事呢?
当然除常规的机械部件(涡旋机构)故障外,电动压缩机的故障则主要集中在电动机和控制模块部位。根据其表现形式大致可分为四大类:
当然仅知道以上四种类别的故障还远远不够,重点是我们应该如何一步一步的去分析并解决这些故障。
这里我们以吉利帝豪EV车型为例,详细说明如何结合空调电路图,进行空调压缩机不工作故障的检修。
根据电气原理框图,我们可以清晰的看到来自空调控制面板的各种输入/输出信号、热交换主继电器、整车控制器、分线盒以及相应线路等部位的异常,均会导致电动压缩机不工作。
所以我们采用由简到繁、由易到难的方法进行故障点的查找。
首先,针对电动压缩机不工作的现象应先读取故障代码(并根据故障代码优先排除所显示故障)。
若无故障码,则进行空调数据流的查看。主要看蒸发器温度传感器数据(临界温度为2℃)、室外温度传感器数据、空调压力开关状态等。
要知道,这些数据的失常将直接导致压缩机不工作。
所以当发现数据异常时,应进一步检查来确认是线路问题还是元件问题,并进行维修或更换。
若数据一切正常,此时则应考虑保险丝(EF03/EF14/EF27)是否熔断,以及热管理继电器工作是否正常。
若以上部位均未发现异常,此时应将重点放在线路的检查上。
相信很多汽修人都曾被线路的检查搞蒙圈过,其实它并没有那么繁杂,前提是我们一定要搞清楚它的原理。
当然,借助电路图分析是最明智的选择。
线路部分的测量,一般都是从对应部件的插头处入手。
如线束的通断、线路中是否有电源线、接地线是否良好、信号线有无电压等都是必测项目。
由上面的电路简图我们可以清晰的看到,影响电动压缩机的主要插头有IP45/EP07/EP52三个。
首先应检查压缩机控制器线束处插头(EP07)
1.关闭电源
2.断开压缩机低压线束插头
3.打开电源,同时开启空调
4.测量插头7号和8号端子之间的电压
标准范围:11~14V
若此部分测量正常,则继续测量EP52处(此处需测量相应电压值和电阻值)。
警告:此部分为高压电部分,进行测量时一定要规范操作,确保自身的安全。(如维修开关的断开及存放、绝缘工具的使用等)
测电压·压缩机线束插头处1(EP52)
1.关闭电源
2.拆卸维修开关
3.断开压缩机低压线束插头
4.安装维修开关
5.打开电源,同时开启空调
4.测量压缩机高压线束插头1号和2号端子之间的电压
标准范围:274.4~411.6V
测电阻·压缩机线束插头处2(EP52)
1.关闭电源
2.拆卸维修开关
3.断开压缩机低压线束插头
4.拆卸分线盒上盖
5.测量分线盒与压缩机高压线束插头1号端子之间的电阻值。
标准范围:小于1Ω
6.测量分线盒与压缩机高压线束插头2号端子之间的电阻值。
标准范围:小于1Ω
若此部分(EP52)数据异常,则应检查分线盒部分,看是否存在线路故障(如断路、接触不良等现象)。
若通过测量,发现EP52处数据正常,EP07处异常。
此时应对自动空调AC线束插头处(IP45)进行测量确认故障位置。
自动空调AC线束插头处(IP45)
1.关闭电源
2.断开压缩机低压线束插头
3.打开电源,同时开启空调
4.测量插头18号和车身接地点之间的电压
标准范围:11~14V
5.测量插头19号和车身接地点之间的电压
标准范围:0V
若以上部位均未发现异常,此时则应考虑空调控制面板是否已损坏。
关于电动压缩机的结构知识讲解和故障分析到这里就结束了。
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